Любительская радиосвязь

Наверное, пора вновь вынырнуть в ленте хабра с радиолюбительской тематикой и самодеятельным конструированием. В предыдущей паре статей было рассказано про один из шедевров радио‑DIY — специально разработанный для соревнований по КВ‑радиосвязи трансивер RA3AO, а также про восстановление попавшего ко мне в руки экземпляра, которому пришлось практически полностью пересобрать передающую часть.

Дальше нужно было соорудить в пару к нему усилитель мощности примерно на 50–100 Вт для КВ‑диапазонов, желательно со встроенным сетевым питанием и подходящими габаритами, чтобы более гармонично сочетаться с большим настольным трансивером. И вот с позапрошлого лета, с перерывами, шла работа над таким усилителем. Про неё и будет рассказано дальше.

Собрал автономный радиоузел на заборе с солнечной панелью — связь без интернета заработала. Решил добавить метрики энергопотребления через INA3221… и узел ушёл в офлайн на полгода. История о том, как одна невидимая перемычка сломала мозг, а спасение пришло от старой малинки и правила «иди от простого к сложному».

Современное радиолюбительство — это огромная техническая среда со своими соревнованиями, рейтингами, цифровыми сервисами и даже картографическими системами. И мобильные активации — только одна из ее частей.

Привет, Хабр! Меня зовут Андрей Зубарев, я старший системный аналитик GSM-решений в YADRO. В статье расскажу, как устроено современное радиолюбительство, как радиолюбители работают в эфире на коротких волнах и почему связь на тысячи километров возможна без привычной мобильной инфраструктуры.

Недавно попалось на глаза поворотное устройство для видеокамер PTZ 3050DZ, которое заинтересовало меня невысокой стоимостью и приличным заявленным весом поворачиваемой видеокамеры в 10 килограмм. Подумалось, что оно вполне может подойти для использования с небольшими спутниковыми антеннами. По ходу дела пришлось смастерить для него еще и дистанционное управление с применением модулей LoRa. Жмите кнопку ниже, чтоб узнать подробности.

Как я зарядил аккумулятор и восстановил телефон siemens S10 active 1998 года до полностью рабочего состояния, используя подручные средства.

Вся эта возня по раздуванию популярности Meshtastic - как дешёвые бусы для папуасов: высокая доступность чипа (цена), приличные характеристики чипа (бусы блестят) и больше ничего.

Радиотехнически, LORA - это лютая проприетарщина: вся реализация в закрытом чипе Semtech, который как чёрный ящик во что-то модулирует-демодулирует ваш битовый поток, но чертежи чипа тебе не дадут. Даже прекрасно расписаны эти структуры посылок из чирпов, но как с ними работать физически - никто вам не скажет: успехов это демодулировать из эфира без чипа Semtech. Если взять RTL-SDR приёмник и попытаться реализовать какие-то алгоритмы руками на сишечке, то в дурку увезут достаточно быстро. В случае успеха, бедный проц будет пыхтеть делая 120 штуки FFT-4096 в секунду и гору всяких операций вокруг с децимациями и фильтрациями и сдвигами и поисками (мы хотим уверенно принимать эти посылки из-под уровня шумов, ничем не проигрывая эталонной реализации, а не принять яркие чирпы и демодулировать глазами). Судя по гуглу, что-то ниже Raspberry PI 5 с жуткими оптимизациями сразу умрёт. Демодулировать это из эфира энергетически бюджетно от батарейки - только проприетарный ASIC Semtech. Размер статей и количество грёбли и изысканий от китайских гениев, пытавшихся это демодулировать - на уровне астрофизических открытий.

Во всей истории с LORA ценна популяризация идеи «небольшой мощностью под уровнем шума передадим маленький пакетик на 5 километров». Но прикосновение к этой идее покупкой готового закрытого чипа - небольшой вклад в дело. С тем же успехом можно ощущать свою прогрессивность просто включив древний Wi-Fi 802.11b - там тоже всё нетривиально и ещё более увлекательно, чем в LoRA, хотя эмоционально уже никого не штырит.

Об антеннах круговой поляризации

Антенны с круговой поляризацией занимают особое место в современных системах беспроводной связи. В отличие от линейно поляризованных систем, круговая поляризация обеспечивает устойчивый приём сигнала вне зависимости от взаимной ориентации антенн, что критически важно в условиях подвижных платформ - спутников, БПЛА, мобильных наземных комплексов и носимого оборудования.

Особый интерес представляют антенны с двойной круговой поляризацией - то есть одновременно поддерживающие правостороннюю (RHCP) и левостороннюю (LHCP) поляризацию на независимых портах. Такая конструкции позволяет одновременно передавать и принимать сигналы на одной несущей частоте, разделяя их по признаку поляризации.

Вместе с тем реализация таких антенн сопряжена с рядом конструктивных противоречий. Разработчик вынужден одновременно обеспечивать широкую рабочую полосу частот, низкий коэффициент осевого отношения (AR), а также высокую электромагнитную развязку (S21) между двумя поляризационными портами. Последнее требование на практике оказывается наиболее трудновыполнимым и требует особого внимания при проектировании

Постановка задачи

В статье рассмотрим разработку патч-антенны, удовлетворяющей следующим требованиям:

В области встроенных систем и СВЧ‑электроники применение «тяжёлых» нейросетевых решений (включая TinyML) часто ограничено вычислительными ресурсами и энергопотреблением.

В статье рассматривается альтернативный подход: частотная дискриминация с помощью двух амплитудных детекторов с разной нелинейностью отклика. Разница их выходных напряжений формирует уникальный «отпечаток» частоты. Для классификации используется однослойный перцептрон, реализованный на 8-битном микроконтроллере К1946ВМ014 (аналог ATmega8535) с целочисленной арифметикой.

Представлены схема устройства, алгоритм обучения и экспериментальные результаты распознавания частотных диапазонов. Код (95 строк) и основные технические решения.

Рассмотрен процесс моделирования, изготовления и тестирования многосекционного гибридного ответвителя мощности

В этой статье дана инструкция для выполнения фазовой синхронизации в FMComms5 от Analog Devices и реализации метода пеленгации, использующего эту функцию. Оценочная плата FMComms5 обеспечивает высокую точность фазовой синхронизации. В этой статье рассказывается, как выровнять фазы двух приемопередатчиков AD9361 с помощью специальной программной библиотеки libad9361, созданной на основе инфраструктуры ввода-вывода libiio. Фазовое выравнивание необходимо для многих радиолокационных систем, таких как пеленгаторы и когерентные системы MIMO.

Исходный код GNURadio, на котором основан этот пример, был изначально разработан доктором Шрикантом Пагадараи и доктором Трэвисом Коллинзом при финансовой поддержке компании Ettus Research [1]. Недавно доктор Коллинз портировал его на платформу FMComms5, добавив документацию. В настоящее время код доступен по адресу github.com/tfcollins/gr-doa в ветке adi. Этот код распространяется по лицензии GPL3. Реализация на FMComms5 обеспечивает такую же производительность, как и предыдущая работа [1]. Технический документ из [1] также был дополнен авторами оригинальной статьи информацией о FMComms5 и стратегии его внедрения.

WSPR — цифровой протокол, разработанный Джо Тейлором (K1JT) в 2008-2009 годах, с целью исследования распространения радиосигналов от коротковолновых передатчиков малой и сверхмалой мощности. В предыдущей части были рассмотрены механизмы помехозащищенного кодирования данных и формирования сигнала для отправки его в эфир. В этой части статьи рассматриваются механизмы детектирования и декодирования принимаемого из сигнала.

Статья может быть интересна радиолюбителям, как знакомым, так и не знакомым с WSPR, а также тем, кто интересуется темой цифровой обработки сигналов и хочет понять устройство этого протокола.

Сегодня беспроводные системы распространены повсеместно, и количество беспроводных устройств и сервисов продолжает расти. Разработка полноценной радиочастотной системы — это комплексная задача, требующая междисциплинарного подхода, при этом наиболее важной ее частью является аналоговый радиочастотный интерфейс. Однако наличие интегрированных радиочастотных приемопередатчиков, таких как AD9361, значительно упрощает решение радиочастотных задач в подобных проектах. Эти приемопередатчики обеспечивают цифровой интерфейс для цепочки аналоговых радиосигналов и позволяют легко интегрировать их с ASIC или FPGA для обработки в основной полосе частот. Процессор основной полосы частот (BBP) позволяет обрабатывать пользовательские данные в цифровой среде между конечным приложением и приемопередающим устройством. Конструкцию процессора основной полосы частот также легко спроектировать с помощью инструментов системного моделирования, таких как Simulink. Однако начинающему пользователю может быть трудно понять и дополнить эту часть головоломки системы связи. Эта статья представляет собой скромную попытку спроектировать и реализовать простой радиочастотный процессор основной полосы частот для системы беспроводной связи. Проект реализован на платформе AD-FMCOMMS2-EBZ и Xilinx® ZC706 с использованием эталонной конструкции FPGA AD9361.

В первом разделе этой статьи подробно описаны общие принципы проектирования процессора основной полосы частот. Этот раздел представляет собой в основном теоретическое введение в тему. Во втором разделе рассматривается фактическая аппаратная реализация процессора основной полосы частот на базе эталонной платы FPGA AD9361 от Analog Devices. Отмечается, что основная цель разработки — максимально упростить конструкцию и продемонстрировать быструю передачу данных по беспроводной связи в лабораторных условиях. Использование радиочастотного спектра сопряжено с соблюдением нормативных требований и другими последствиями.

Физическая база простым языком и без нейронок о том, что такое волновое сопротивление кабеля, чтобы наконец стало интуитивно предельно. Откуда оно взялось, где там резистор? Сопротивление меди что‑ли? Возьмём коаксиальный кабель, увидим провод в центре и трубу‑провод вокруг первого. Остальное — изоляция, защита и тому подобное. Хоть изоляция и вносит неиллюзорную долю в параметры, для понимания принципа конкретный вид изоляции не важен.

Все совпадения случайны, данный текст не ставит своей целью оскорбить какую-либо инопланетную цивилизацию.

Даже с расстояния в несколько километров, то, что журналисты назвали “Явление” выглядело весьма впечатляюще. 

Над горизонтом висел огромный ромб — слишком правильный, чтобы быть естественным, и слишком нелепый, чтобы казаться машиной. Он напоминал сразу и кристалл, и поставленное вертикально яйцо, но оба сравнения были плохи и ничего по существу не объясняли. Главное заключалось в другом: эта громадина просто стояла в воздухе, неподвижно и молча, закрывая собой полнеба.

Два военных вертолёта кружили рядом, стрекоча винтами, и возле неё выглядели почти неприлично мелко.

— Господин Президент... — прозвучал в наушниках металлический голос.

Президент вскинул голову. Впереди, едва проступали два расплывчатых силуэта.

Он шагнул назад, потом ещё раз — почти вслепую, потому что силуэт уже надвигался на него из тумана.

Вокруг каждого из нас постоянно что-то «шумит» в радиоэфире: брелоки от шлагбаумов, датчики «умного дома», метеостанции, беспроводные звонки. Огромный пласт бытовой электроники работает на частоте 433 МГц и не защищен от анализа и воспроизведения сигналов. Зачастую безопасность этих устройств держится на честном слове и надежде производителя, что «никто не будет в этом ковыряться».

Раньше, чтобы исследовать радиоэфир или изменить параметры сигнала, нужно было брать в руки паяльник и пересобирать колебательный контур. С приходом SDR (Software Defined Radio) правила игры изменились. Теперь радио — это не столько «железо», сколько математика и программный код. Любой сигнал можно визуализировать, разобрать на биты и собрать заново, не отходя от ноутбука.

В этой статье пройдем путь от теории к практике SDR-реверсинга бытовой техники. Вспомним необходимый минимум физики, разберем «зоопарк» доступных SDR-устройств — от копеечных свистков до USRP — и реализуем три вектора атаки на обычный беспроводной звонок: от простого перехвата до чистого программного синтеза сигнала.

Я решил продолжить обзор bladeRF 2.0 micro xA9 через рассмотрение списка проектов, которые наиболее ярким образом демонстрируют возможности данного SDR в реальных применениях. Многие из этих вариантов прямо или косвенно базируются и обусловлены возможностями данного SDR. Перебирая все упоминания проектов с поддержкой bladeRF, я пришел к выводу, что bladeRF 2.0 micro xA9 лучше всего раскрывается там, где нужны не просто прием и декодирование, а широкий захват, передача, full duplex, MIMO, FPGA и кастомные GNU Radio/Soapy/libbladeRF сценарии. Самые сильные и практически ценные направления рассмотрим ниже. Но обо всем по порядку. 

Всем заинтересовавшимся — добро пожаловать под кат =)

Mesh‑сети в целом, и, в частности Meshtastic, уже давно не новая история. Почти все, кто называет себя радиолюбителем имеет одну‑две ноды в ящике своего рабочего стола. А с недавнего времени начал прослеживаться вполне ощутимый интерес к этой теме среди людей и вовсе далеких от радиоэкспериментов и подобной электроники. Чтобы не повторяться и не копировать информацию из десятков или сотен уже написанных статей и постов на профильных форумах буду рассматривать только свой вопрос, пропустив базовое объяснение, что такое mesh‑сеть, meshtastic и связанные темы.

Передо мной, в рамках моей профессиональной деятельности, встала задача обеспечить устойчивой связью две независимых группы специалистов, находящихся в разных городах на пересеченной местности (можно считать, что в условиях полевых работ).

Такие очевидные решения, как мобильная связь, высокоскоростной интернет и прочее невозможны. Реально доступен только еле‑еле живой спутниковый интернет от известного национального провайдера, который реально дает скорости ~128-512кбит/сек.

Радиосвязь с использованием носимых радиостанций — штука хорошая, но дорогая. Для выполнения моей задачи нужно как минимум 2 приличных ретранслятора (у меня есть одна Hytera, которая обошлась в совершенно нереальные деньги), нормальный интернет, и 2–3 десятка самих радеек, средняя цена которой тысяч 8 (беру среднюю цену с маркетплейсов для TYT MD UV390). Все это дорого, да и инфраструктурно сложно, ведь ретрансляторы требуют 220В, которых в поле нет, поскольку группы мобильные, а дальности не хватит, если определить одно место и поставить основательно.

WSPR — цифровой протокол, разработанный Джо Тейлором (K1JT) в 2008-2009 годах, с целью исследования распространения радиосигналов от коротковолновых передатчиков малой и сверхмалой мощности. В этой статье будут рассмотрены устройство и принципы работы протокола.

Статья может быть интересна радиолюбителям, как знакомым, так и не знакомым с WSPR, а также тем, кто хочет понять устройство этого протокола.

В статье рассматривается процесс создания программы для инициализации и управления микросхемой ad9363. Описанный подход применим для всего семейства ad936x. Всё реализовано под клон ADALM-Pluto с помощью Vivado 2021 и Vitis 2021 на Си.

Наконец-то дошли руки, чтобы сделать подробный обзор этого мощного и не очень дешевого SDR на базе FPGA Cyclone V и AD9361. Интерес к bladeRF 2.0 micro xA9 у меня появился ровно по той причине, по которой многие упираются в потолок HackRF и других бюджетных SDR: на уровне "послушать и что-то увидеть" они работают, но как только хочется системно строить чуть более сложные радиокейсы (широкая полоса, стабильный поток данных, MIMO, полный дуплекс и т. д.), ограничения становятся непреодолимым потолком. 

Облазив весь интернет, не найдя вменяемых подробных текстовых обзоров, которые бы попали в индексацию Google/Yandex - я решил в своей статье, с присущей мне дотошностью, самостоятельно разобрать данную железку по кирпичикам, рассказывая подробно о каждом составном элементе и возможностями и ограничениями которые из этого следуют. 

Всем заинтересованным - добро пожаловать под кат! =)